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Vue d’artiste de la métasurface convertissant les photons entrants d’un faisceau laser en paires de photons intriqués quantiquement — © Igal Brener / Sandia National Laboratories

Des scientifiques des Sandia National Laboratories et de l’Institut Max Planck sont parvenus à produire un réseau de photons intriqués à l’aide d’une installation beaucoup plus simple que celles utilisées jusqu’à présent.

Utiliser les métasurfaces pour réaliser des tâches complexes avec un minimum d’équipement

L’intrication quantique implique que deux particules deviennent si inextricablement liées que la mesure ou la modification de l’une d’elles affecte instantanément sa partenaire, quelle que soit la distance qui les sépare. Ce phénomène est à la base de technologies émergentes telles que l’informatique et le cryptage quantiques.

Généralement réalisée à l’aide de grands réseaux de lasers, de cristaux spéciaux et d’autres équipements optiques, la génération de groupes de photons intriqués peut se révéler délicate. C’est pourquoi les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue Science, se sont tournés vers un dispositif beaucoup plus simple : une métasurface.

Présentant toutes sortes de propriétés passionnantes, ces dispositifs bidimensionnels agissent comme des lentilles en manipulant de façon précise la lumière qui les traverse. Pour ce faire, ils n’utilisent cependant pas leur courbure ou leur épaisseur, mais des structures nanométriques, permettant aux chercheurs d’effectuer un vaste éventail de tâches complexes (piéger des atomes, produire des hologrammes…) avec un équipement minimal.

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La nouvelle métasurface éclairée par un laser vert — © Craig Fritz / Sandia National Laboratories

Prenant la forme d’une feuille de verre ultrafine, la métasurface utilisée par l’équipe a été recouverte de nanostructures d’arséniure de gallium, un matériau semi-conducteur. Lorsque la métasurface est frappée par un laser, une partie des photons sortant de l’autre côté le font en paires intriquées, formant un véritable réseau.

Un multi-enchevêtrement réalisé en une seule étape

« Habituellement, réaliser un multi-enchevêtrement nécessitant plus de deux ou trois paires s’avère compliqué », détaille Igal Brener, chercheur principal de l’étude. « Les métasurfaces non linéaires permettent essentiellement d’accomplir cette tâche en une seule étape alors qu’auparavant, cela aurait nécessité des montages optiques incroyablement complexes. »

Être capable d’induire une intrication quantique dans des groupes de photons à la fois pourrait avoir un large éventail d’applications pour les ordinateurs quantiques, le cryptage, la communication et l’optique. Mais avant cela, l’équipe indique qu’il reste encore du travail pour maximiser l’efficacité de la métasurface.

Cette nouvelle percée intervient quelques semaines seulement après l’annonce d’un enchevêtrement quantique record, ayant impliqué 14 photons.

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